JP2008151044A

JP2008151044A - 圧縮機

Info

Publication number: JP2008151044A
Application number: JP2006340820A
Authority: JP
Inventors: Hideo Hirano; 秀夫平野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-12-19
Filing date: 2006-12-19
Publication date: 2008-07-03

Abstract

【課題】二酸化炭素を冷媒とした低環境負荷の冷凍装置ではポリアルキレングリコール油によって圧縮機の消費電力が増加することになり、その抑制が課題となっている。
【解決手段】ＧＷＰが１５０以下の冷媒と、４０℃における動粘度が２０〜２００ｍｍ^２／ｓであるポリアルキレングリコール油とエステル油との混合油を用い、４０℃におけるポリアルキレングリコール油の動粘度をエステル油より高く設定したことにより、高温領域における動粘度を低下できることになり、粘性による動力損失を抑制できることとなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、環境負荷が小さい冷凍装置に使用される圧縮機に関するものである。

従来、この種の圧縮機は特許文献１に開示されている。

図２は、特許文献１に記載された冷凍装置を示すものである。図２に示すように、圧縮機３０、放熱器３１、膨張機構３２および蒸発器３３を含む冷凍回路に冷媒として二酸化炭素を循環させる冷凍装置であって、圧縮機３０に用いる冷凍機油として粘度が４０℃において５〜３００ｃＳｔで、体積固有抵抗が１０^８Ω・ｃｍ以上で、また二酸化炭素が飽和溶解したときの流動点が−３０℃以下であるポリアルキレングリコール冷凍機油を使用して成るものである。
特許第３６００１０８号公報

前記従来の構成では、確かに圧縮機３０への冷凍機油の戻りは良好になり、焼き付きの防止に効果を発揮する可能性はある。しかし、ポリアルキレングリコール冷凍機油は螺旋状の分子構造であるがために粘度指数が高く、高温領域における動粘度の低下量が小さい冷凍機油である。従って、ポリアルキレングリコール冷凍機油によって低温流動性を確保すると、高温領域における動粘度は比較的高くならざるを得ない。その結果、高温雰囲気にある圧縮機３０における消費電力が増加することになり、その抑制が課題となっている。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、高効率な低ＧＷＰ冷媒用の圧縮機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、ＧＷＰが１５０以下の冷媒と、４０℃における動粘度が２０〜２００ｍｍ^２／ｓであるポリアルキレングリコール油とエステル油との混合油を用い、４０℃におけるポリアルキレングリコール油の動粘度をエステル油より高く設定したものである。

これによって、一方では低温流動性を適度に保ち、他方では高温領域における動粘度を下げることになり、軸受などの摺動部において粘性によって発生する動力損失を抑制できる。

本発明の圧縮機は、環境負荷の小さい低ＧＷＰ冷媒用であり、その効率を向上できるものである。

第１の発明は、ＧＷＰが１５０以下の冷媒と、４０℃における動粘度が２０〜２００ｍｍ^２／ｓであるポリアルキレングリコール油とエステル油との混合油を用い、４０℃におけるポリアルキレングリコール油の動粘度をエステル油より高く設定したことにより、高温領域における動粘度を下げることになり、圧縮機の軸受などの摺動部における動力損失を抑制することができる。

第２の発明は、ＧＷＰが１５０以下の冷媒と、４０℃における動粘度が２０〜２００ｍｍ^２／ｓであるポリアルキレングリコール油とエステル油との混合油を用い、４０℃におけるポリアルキレングリコール油の動粘度をエステル油より低く設定したことにより、高温領域における潤滑性が強化されることになり、圧縮機の運転範囲を拡大できる。

第３の発明は、特に、第１又は第２の発明のエステル油は末端付近に分岐を有する脂肪酸を用いたことにより、エステル油の安定性が向上することになり、圧縮機及び冷凍装置の耐コンタミ性を向上できる。

第４の発明は、特に、第１又は第２の発明の冷媒を二酸化炭素にしたことにより、冷媒のＧＷＰが１．０になり、冷媒による環境負荷を最小にできる。

第５の発明は、特に、第１又は第２の発明の冷媒は混合冷媒であり、その構成冷媒の極性に差を設けたことにより、極性の大きな冷媒が混合油によく溶解することになり、蒸発器から圧縮機への混合油の戻りを良好にできる。

第６の発明は、特に、第５の発明の混合冷媒における構成冷媒の一つを混合油に難相溶としたことにより、混合油に溶解する冷媒が限定されることになり、圧縮機の性能を安定化できる。

第７の発明は、特に、第１又は第２の発明の圧縮機における圧縮機構部にインジェクション機構を設けたことにより、蒸発器の吸熱能力が向上することになり、冷凍装置の効率を向上できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における冷凍装置用のスクロール圧縮機の全体構成を示す縦断面図である。

図１において、１はスクロール圧縮機、２は凝縮器であり、３は第１の減圧装置、４は気液分離器、５は第２の減圧装置、６は蒸発器であり、順次接続されて冷凍サイクルを構成している。

７は密閉容器であり、その内部に電動機８と、圧縮機構９を配している。圧縮機構９は、電動機８により駆動されるクランク軸１０と、旋回スクロール１１と、固定スクロール１２と、旋回スクロール１１を固定スクロール１２に対して自転させずに旋回運動させるように支持するオルダムリング１３と、このオルダムリング１３を前記支持のために移動できるように支持するフレーム１４で構成されている。

クランク軸１０はフレーム１４の軸受１６および軸受１７によって支持されている。旋回スクロール１１はその軸１１ａがクランク軸１０のクランク部１０ａに設けられた軸受１０ｃで支持され、一方固定スクロール１２と互いに噛み合わされて圧縮室１５を形成している。なお、１８は吸入口であり、１９は吐出口である。

密閉容器７の２２は吸入管であり、蒸発器６に接続され、２３は吐出管であり、凝縮器２に接続されている。２４はインジェクション管であり、密閉容器７を介して気液分離器４と圧縮機構９の圧縮室１５を接続している。

密閉容器７内の最下部には油溜め２０が設けられ、油溜め２０内の潤滑油２１はクランク軸１０の油供給路１０ｂを通じて潤滑対象部へ供給されるが、軸受１６には油供給穴１０ｄより供給される。

潤滑油２１はポリアルキレングリコール油とエステル油との混合油であり、ともに極性が高いため良く溶け合っている。４０℃における動粘度は２０〜２００ｍｍ^２／ｓであり、４０℃におけるポリアルキレングリコール油の動粘度はエステル油より高く設定されている。粘度指数の高いポリアルキレングリコールによって混合油の低温流動性を確保し、一方で粘度指数が低いエステル油によって混合油の高温領域の動粘度を低く設定するものであるが、エステル油は分子構造上高圧粘度が高いため、高温領域における混合油の潤滑性は十分高い。また、エステル油はペンタエリスリトールなどの４価のアルコールと末端付近に比較的長い分岐を有する直鎖脂肪酸とから成るものである。この直鎖脂肪酸が酸素の２重結合を立体的に覆ってしっかりコンタミから保護しているが、アルコールとしては３価以上が、また直鎖脂肪酸としては２−エチルヘキサン酸より長いものが好ましい。なお、混合油の４０℃における動粘度は２０ｍｍ^２／ｓ未満では潤滑性が不足し、２００ｍｍ^２／ｓを超えると動力損失が増大するが、混合油の４０℃における動粘度は４０〜１３０ｍｍ^２／ｓがより好ましい。

また、冷媒は二酸化炭素であり、ＧＷＰが１．０と低く、冷媒としては環境負荷が最も小さいものである。

以上のように構成されたスクロール圧縮機１について、以下その動作、作用を説明する。

電動機８に駆動されてクランク軸１０が回転すると、オルダムリング１３を介し旋回スクロール１１が旋回運動し、ガス冷媒を吸入管２２から吸入口１８へと吸入する。圧縮室１５において、ガス冷媒は吸入口１８に通じる外周側から吐出口１９に通じる内周側に移動されながらその容積を縮小して圧縮され、吐出口１９から密閉容器７内に吐出される。高温高圧のガス冷媒は、吐出管２３から冷凍サイクルに供給されるが、凝縮器２で液化され、第１の減圧装置３で減圧され二相となり、気液分離器４に至る。ここで、冷媒は分離されて液冷媒は、第２の減圧装置５で更に減圧され、蒸発器６にてガス化されてスクロール圧縮機１の吸入管２２に至る。一方、気液分離機で分離されたガス冷媒はインジェクション管２４を経て、圧縮機構９の圧縮室１５に導入され、吸入ガス冷媒と共に圧縮される。

クランク軸１０、オルダムリング１３および旋回スクロール１１の各摺動部においては、局所的に高面圧が発生する部分があるが、エステル油の高圧粘度が作用して潤滑性は確保される。また、他の部分では動粘度の効果が現れることになり、各摺動部における粘性による動力損失は抑制され、スクロール圧縮機１の効率を上げることができる。

また、末端付近に分岐を有する直鎖脂肪酸が酸素の２重結合を立体的に保護するので、エステル油の安定性は高くなるため、スクロール圧縮機１だけでなく冷凍装置の耐コンタミ性も向上できる。

また、二酸化炭素はＧＷＰが１．０であり、環境負荷を最小にできるだけでなく、エステル油との相溶性がよいため、混合油は蒸発器６で二層分離しないので、蒸発器６において高い伝熱性能も得られる。その結果、蒸発器６を小型化できる。

また、気液分離器４で分離された液冷媒によって冷凍効果が増加するために蒸発器６の
吸熱能力が向上するが、エステル油と二酸化炭素の相溶性による蒸発器６の伝熱性能の向上もあって、蒸発器６の吸熱能力が更に高くなるため、冷凍装置の効率を向上できる。

また、冷媒を２種類の混合冷媒とすることによって、更に構成冷媒の極性、特に双極子モーメントを０．５ｄｅｂｙｅ以上、好ましくは１．０ｄｅｂｙｅ以上の差を設けることによって、極性の大きな冷媒が混合油によく溶解することになるため、蒸発器６からスクロール圧縮機１への混合油の戻りを良好にできる。

また、２種類の混合冷媒における構成冷媒の一つを混合油に難相溶とすることによって、混合油には残りの冷媒１種類のみが溶解することになるため、スクロール圧縮機１の性能を安定化できる。

ＧＷＰが１５０以下の冷媒と、４０℃における動粘度が２０〜２００ｍｍ^２／ｓであるポリアルキレングリコール油とエステル油との混合油を用い、４０℃におけるポリアルキレングリコール油の動粘度をエステル油より低く設定することにより、粘度指数が高いポリアルキレングリコールによって高温領域の動粘度を比較的高く維持し、更にエステル油の高圧粘度の作用によって混合油の潤滑性は強化されるため、より高い負荷でも運転できるようになる。すなわち、スクロール圧縮機１の運転範囲を拡大できる。

以上のように、本発明にかかる圧縮機は、ポリアルキレングリコール油とエステル油との混合油によって高温領域の動粘度を低下させて摺動部における動力損失を抑制するものであり、給湯設備や自動車用空調機にも適用できる。

本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の縦断面図従来の冷凍装置の概念を示す冷凍サイクル図

符号の説明

１スクロール圧縮機
９圧縮機構
１０クランク軸
１１旋回スクロール
１３オルダムリング
２１潤滑油

Claims

ＧＷＰが１５０以下の冷媒と、４０℃における動粘度が２０〜２００ｍｍ^２／ｓであるポリアルキレングリコール油とエステル油との混合油を用い、４０℃におけるポリアルキレングリコール油の動粘度をエステル油より高く設定した圧縮機。
ＧＷＰが１５０以下の冷媒と、４０℃における動粘度が２０〜２００ｍｍ^２／ｓであるポリアルキレングリコール油とエステル油との混合油を用い、４０℃におけるポリアルキレングリコール油の動粘度をエステル油より低く設定した圧縮機。
エステル油は末端付近に分岐を有する脂肪酸を用いた請求項１又は２に記載の圧縮機。
冷媒は二酸化炭素である請求項１又は２に記載の圧縮機。
冷媒は混合冷媒であり、その構成冷媒の極性に差を設けた請求項１又は２に記載の圧縮機。
混合冷媒を構成する冷媒の一つは、混合油に難相溶である請求項５に記載の圧縮機。
圧縮機構部にインジェクション機構を設けた請求項１又は２に記載の圧縮機。